粉塵爆炸:化學反應-中文百科頻道

基本定義

凡是呈細粉狀态的固體物質均稱為粉塵。能燃燒和爆炸的粉塵叫做可燃粉塵；浮在空氣中的粉塵叫懸浮粉塵；沉降在固體壁面上的粉塵叫沉積粉塵。

物質種類

現已發現以下七類物質的粉塵具有爆炸性：

金屬（如鎂粉、鋁粉）；

煤炭；糧食（如小麥、澱粉）；

飼料（如血粉、魚粉）；

農副産品（如棉花、煙草）；

林産品（如紙粉、木粉）；

合成材料（如塑料、染料）。

某些廠礦生産過程中産生的粉塵，特别是一些有機物加工中産生的粉塵，在某些特定條件下會發生爆炸燃燒事故。

條件

國内外的研究成果表明，這些條件一般有三種：

（1）可燃性粉塵以适當的濃度在空氣中懸浮，形成人們常說的粉塵雲；

（2）有充足的空氣和氧化劑；

（3）有火源或者強烈振動與摩擦。通常認為，易爆粉塵隻要滿足條件（1）和條件（2），就意味着具備了可能發生事故的苗頭。

過程

粉塵的爆炸可視為由以下三步發展形成的：

第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地幹餾或氣化而産生出可燃氣體；

第二步是可燃氣體與空氣混合而燃燒；

第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化後使燃燒循環地進行下去。随着每個循環的逐次進行，其反應速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最後形成爆炸。這種爆炸反應以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等将持續加快和升高，并呈跳躍式的發展。

因素

粉塵的爆炸性能受粉塵的顆粒度、粉塵揮發性、粉塵水分、粉塵灰分和火源強度等影響。

特點

（1）多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點；

（2）粉塵爆炸所需的最小點火能量較高，一般在幾十毫焦耳以上。

（3）與可燃性氣體爆炸相比，粉塵爆炸壓力上升較緩慢，較高壓力持續時間長，釋放的能量大，破壞力強。

主要危害

具有極強的破壞性

粉塵爆炸涉及的範圍很廣，煤炭、化工、醫藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門都時有發生。如1952—1979年間，日本發生各類粉塵爆炸事故209起，傷亡共546人，其中以粉碎制粉工程和吸塵分離工程較突出，各為46起。聯邦德國1965—1980年發生各類粉塵爆炸事故768起，其中較嚴重的是木粉及木制品粉塵和糧食飼料爆炸事故，分别占32％和25％。近幾年來，中國每年發生粉塵爆炸的頻率為：局部爆炸150-300次系統爆炸1-3次，且呈增長趨勢。中國發生的這些粉塵爆炸尤其是系統爆炸，造成了嚴重損失，僅1987年哈爾濱亞麻廠的亞麻塵爆炸事故，死亡58人，輕重傷177人，直接經濟損失882萬元。

容易産生二次爆炸

第一次爆炸氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸後的短時間内爆炸中心區會形成負壓，周圍的新鮮空氣便由外向内填補進來，形成所謂的“返回風”，與揚起的粉塵混合，在第一次爆炸的餘火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度一般比一次爆炸時高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。例如，某硫磺粉廠，磨碎機内部發生爆炸，爆炸波沿氣體管道從磨碎機擴散到旋風分離器，在旋風分離器發生了二次爆炸，爆炸波通過爆炸後在旋風分離器上産生的裂口傳播到車間中，揚起了沉降在建築物和工藝設備上的硫磺粉塵，又發生了爆炸。

能産生有毒氣體

一種是一氧化碳；另一種是爆炸物（如塑料）自身分解的毒性氣體。毒氣的産生往往造成爆炸過後的大量人畜中毒傷亡，必須充分重視。

預防

（1）加強強風，控制粉塵濃度低于爆炸下限；

（2）在有爆炸危險性粉塵的場合，應避免高溫、明火、電火花及撞擊等情況；

（3）對有些與水接觸會引起自燃或爆炸的粉塵，應避免與水或有可能發生反應的液體接觸；

（4）應注意粉塵的種類及性質，避免會發生相互反應的粉塵混合或接觸。

研究進展

由于粉塵爆炸（如煤粉、糧食粉塵等）比氣相爆炸現象要複雜得多，因此，人們對它的認識經曆了一個相當長的曆史過程。早在1785年，世界上第一次有記載的粉塵爆炸發生在意大利Turin的面粉倉庫。在1844年，Faradell與Lyell發現在煤礦爆炸事故中，煤粉的爆炸大大增加了甲烷空氣的爆炸威力。但各國大量粉塵爆炸的實驗研究的興起，還是在20世紀初期1906年法國Courriers礦爆炸1096人死亡之後。人們在生産和事故中認識到很多粉塵都能引起爆炸，因此，很自然就會想要知道各種粉塵的爆炸的性質及其相對危險性的比較。

但最早進行系統研究的還首推美國，由Nagy和Verakis所著的《粉塵爆炸的發展與控制》一書，詳細叙述了美國礦山局近百年來對粉塵爆炸的研究。它對粉塵爆炸的研究方法、裝置、粉塵點火、壓力發展及防止爆炸都作了詳盡的介紹。繼美國之後，英國、法國、德國、日本、挪威以及許多其他歐洲國家也相繼開展了這方面的研究。研究領域涉及染料、藥物、糧食、飲料、金屬、塑料、織物、木材等粉塵。而中國開展這方面的研究則是在20世紀80年代，哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸、黃埔港糧食筒倉大爆炸等數次惡性爆炸事故之後。